PT832207E - METHOD FOR IDENTIFYING BIOLOGICALLY ACTIVE PEPTIDES AND NUCLEIC ACIDS - Google Patents
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Abstract
Description
85 559 ΕΡ Ο 832 207/ΡΤ85 559 ΕΡ Ο 832 207 / ΡΤ
DESCRICÃO "Método para identificação de péptidos e ácidos nucleicos biologicamente activos" O presente invento refere-se a um novo método para identificação de novos péptidos e péptidos modificados após tradução bem como ácidos nucleicos com actividade biológica.A method for identifying biologically active peptides and nucleic acids " The present invention relates to a novel method for identifying novel post-translated peptides and peptides as well as biologically active nucleic acids.
ANTECEDENTES DO INVENTOBACKGROUND OF THE INVENTION
Durante os últimos cinco anos a tecnologia para expressão, teste e identificação de milhões de sequências peptídicas aleatórias diferentes evoluiu drasticamente. Tais bibliotecas peptídicas podem ser utilizadas para identificação de novos péptidos biologicamente activos e, portanto, a tecnologia acrescentou ao campo do desenvolvimento de fármacos um nova época excitante e muito promissora.During the last five years the technology for expression, testing and identification of millions of different random peptide sequences has evolved dramatically. Such peptide libraries can be used to identify new biologically active peptides and thus the technology has added to the field of drug development a new exciting and very promising time.
As técnicas de bibliotecas peptídicas conhecidas podem actualmente ser divididas em dois grupos fundamentalmente diferentes: as bibliotecas peptídicas sintéticas aleatórias, nas quais os péptidos aleatórios são produzidos quimicamente, e a bibliotecas peptídicas biossintéticas aleatórias, nas quais os péptidos aleatórios são codificados por sequências de ADN parcial ou totalmente aleatórias e subsequentemente sintetizados por ribossomas.Known peptide library techniques can now be divided into two fundamentally different groups: random synthetic peptide libraries in which random peptides are chemically produced and random biosynthetic peptide libraries in which the random peptides are encoded by partial DNA sequences or totally random and subsequently synthesized by ribosomes.
As bibliotecas peptídicas sintéticas.Synthetic peptide libraries.
As bibliotecas peptídicas sintéticas contendo milhões de péptidos podem ser produzidas através de química combinatória de péptidos e podem ser sintetizadas na forma solúvel (R.A. Houghten et a!., Nature, 354: 84-86, 1991) ou permanecerem imobilizadas nas contas de resina peptídicas (A. Furka et ai., int. J. Peptide Protein Res. 37: 487-493, 1991; K. S. Lam et ai., Nature, 354: 82-84, 1991). Utilizando qualquer uma destas abordagens foram isolados ligandos de receptores diferentes. A vantagem das bibliotecas peptídicas solúveis em comparação com as bibliotecas peptídicas imobilizadas em fase sólida é a de que os péptidos 85 559 ΕΡ Ο 832 207/ΡΤ 2Synthetic peptide libraries containing millions of peptides can be produced by combinatorial peptide chemistry and can be synthesized in the soluble form (RA Houghten et al., Nature, 354: 84-86, 1991) or remain immobilized on the peptide resin beads (A. Furka et al., Int. J. Peptide Protein Res. 37: 487-493, 1991; KS Lam et al., Nature, 354: 82-84, 1991). Using either of these approaches, ligands of different receptors have been isolated. The advantage of the soluble peptide libraries compared to the solid phase immobilized peptide libraries is that the peptides 85 559 ΕΡ Ο 832 207 / ΡΤ 2
solúveis se podem ligar de forma estereoquimicamente mais desimpedida aos receptores em questão. Na técnica de bibliotecas peptídicas sintéticas proposta por Furka et ai. 1991 e Lam et ai. 1991, respectivamente, o melhoramento mais importante foi, por outro lado, a abordagem de ter apenas um tipo de sequência peptídica em cada conta ("Uma conta - um péptido"). Isto permite uma selecção directa e eventualmente a sequenciação do ligando peptídico putativo activo numa única conta utilizando p. ex. degradação de Edman. Utilizando esta tecnologia podem ser identificados péptidos activos incluindo péptidos que consistam em D-aminoácidos ou outros aminoácidos não naturais (B. Gissel et a!., J. Peptide Science. No prelo, 1995).soluble compounds may be more stereochemically linked to the receptors in question. In the synthetic peptide library technique proposed by Furka et al. 1991 and Lam et al. 1991, respectively, the most important improvement was, on the other hand, the approach of having only one type of peptide sequence in each account (" An account - a peptide "). This allows a direct selection and possibly sequencing of the active putative peptide ligand in a single account using p. ex. degradation of Edman. Using this technology active peptides including peptides consisting of D-amino acids or other unnatural amino acids (B. Gissel et al., J. Peptide Science, Not published, 1995) may be identified.
As bibliotecas peptídicas biossintéticas.Biosynthetic peptide libraries.
Foram construídos vectores bacteriófagos de expressão que podem apresentar péptidos à superfície do fago (S.E. Cwirla et ai., Proc. Nati. Acad. Sei. USA, 87: 6378-6382, 1990). Cada péptido é codificado por uma região aleatoriamente mutada do genoma do fago, de forma que a sequenciação da região de ADN relevante do bacteriófago que se verificou ligar-se a um receptor revelará a sequência de aminoácidos do ligando peptídico. Um fago contendo um ligando peptídico é detectado através de procedimentos de prospecção ("panning") repetidos que enriquecem a população de fagos num fago de ligação a receptores fortes (J. K. Scott, TiBS, 17: 241-245, 1992).Expression bacteriophage vectors which may have peptides on the surface of the phage have been constructed (S. E. Cwirla et al., Proc Natl Acad Sci USA, 87: 6378-6382, 1990). Each peptide is encoded by a randomly mutated region of the phage genome such that sequencing the relevant DNA region of the bacteriophage that has been found to bind to a receptor will reveal the amino acid sequence of the peptide ligand. A phage containing a peptide ligand is detected by repeated panning procedures that enrich the phage population in a strong receptor binding phage (J.K. Scott, TiBS, 17: 241-245, 1992).
Também foram utilizadas bactérias para expressão de bibliotecas peptídicas semelhantes. Os péptidos podem ser fundidos com uma proteína exportada, tal como um anticorpo, que pode ser imobilizada num suporte sólido. Através da pesquisa do suporte sólido com um receptor solúvel apropriado o clone bacteriano que produz o ligando peptídico putativo pode ser identificado (M.G. Cull et ai., Proc. Nati. Acad. Sei. USA, 89: 1865-1869, 1992).Bacteria were also used for expression of similar peptide libraries. The peptides may be fused to an exported protein, such as an antibody, which may be immobilized on a solid support. By screening the solid support with an appropriate soluble receptor the bacterial clone that produces the putative peptide ligand can be identified (M.G. Cull et al., Proc Natl Acad Sci USA 89: 1865-1869, 1992).
Outro método descrito para preparação de grandes bancos de diferentes compostos possivelmente activos é através da utilização de bibliotecas constituídas por ribonucleótidos ou desoxirribonucleótidos aleatórios, as chamadas bibliotecas de aptâmeros. Os aptâmeros são gerados em E. co/i a partir de um vector plasmídico contendo ADN aleatório. A partir destas bibliotecas foram identificadas estruturas com actividade biológica (L.C. Bock et ai., Nature, 355: 564-566, 1992). 85 559 ΕΡ Ο 832 207/ΡΤ 3Another method described for preparing large pools of different possibly active compounds is through the use of libraries consisting of random ribonucleotides or deoxyribonucleotides, the so-called aptamers libraries. The aptamers are generated in E. coli from a plasmid vector containing random DNA. From these libraries, structures with biological activity (L.C. Bock et al., Nature, 355: 564-566, 1992) were identified. 85 559 ΕΡ Ο 832 207 / ΡΤ 3
OBJECTIVO DO INVENTOOBJECT OF THE INVENTION
De forma a utilizar os métodos da arte anterior para identificação de péptidos e ácidos nucieicos biologicamente activos ou das suas respectivas proteínas alvo celulares, é necessário possuir um conhecimento detalhado acerca dos mecanismos moleculares envolvidos num determinado processo biológico. Se estes mecanismos forem conhecidos, pode subsequentemente ser possível desenvolver antagonistas ou agonistas de alvos (receptores, enzimas, etc.) envolvidos utilizando os referidos métodos. O problema a ser resolvido pelo presente invento é i.a. superar a necessidade de tal conhecimento detalhado.In order to utilize the prior art methods for identifying biologically active peptides and nucleic acids or their respective cellular target proteins, it is necessary to have a detailed knowledge about the molecular mechanisms involved in a particular biological process. If such mechanisms are known, it may subsequently be possible to develop antagonists or target agonists (receptors, enzymes, etc.) involved using said methods. The problem to be solved by the present invention is i.a. to overcome the need for such detailed knowledge.
SUMÁRIO DO INVENTOSUMMARY OF THE INVENTION
De acordo com o presente invento as sequências peptídicas ou os ácidos ribonucleicos são identificados a partir de bibliotecas eucarióticas expressas biossinteticamente contendo milhões de péptidos e ácidos ribonucleicos parcial ou totalmente aleatórios. Em relação a este invento o termo "péptido" deve ser entendido como compreendendo também uma sequência peptídica introduzida em, ou fundida com, uma proteína maior (p. ex. um anticorpo). Os péptidos e ácidos ribonucleicos são sintetizados pelas células a partir de sequências de ADN aleatórias que foram transduzidas eficazmente nas células. Alguns dos péptidos ou ácidos ribonucleicos na biblioteca afectarão funções biológicas importantes nas células que os expressam. As células que mudam de fenótipo devido à presença de tais substâncias podem ser isoladas e a sua estrutura química pode ser subsequentemente clarificada através de sequenciação do ADN que os codifica. Tais péptidos podem possivelmente ser utilizados terapeuticamente ou como compostos indiciadores para futuro desenvolvimento de fármacos ou podem ser utilizados para identificação de novas proteínas alvo que estejam a causar a mudança na função biológica da célula. Tais proteínas alvo podem eventualmente ser utilizadas no desenvolvimento de fármacos através p. ex. de química medicinal convencional ou de bibliotecas peptídicas sintéticas.According to the present invention the peptide sequences or ribonucleic acids are identified from biosynthetically expressed eukaryotic libraries containing millions of partially or totally random peptides and ribonucleic acids. In connection with this invention the term " peptide " is to be understood as also comprising a peptide sequence introduced into or fused with a larger protein (e.g., an antibody). The peptides and ribonucleic acids are synthesized by the cells from random DNA sequences that have been efficiently transduced into the cells. Some of the peptides or ribonucleic acids in the library will affect important biological functions in the cells that express them. Cells that change phenotype due to the presence of such substances can be isolated and their chemical structure can be subsequently clarified by sequencing the DNA encoding them. Such peptides may possibly be used therapeutically or as indicator compounds for future drug development or may be used to identify novel target proteins that are causing the change in the biological function of the cell. Such target proteins may optionally be used in the development of drugs through e.g. ex. conventional medical chemistry or synthetic peptide libraries.
De forma concordante, o método do invento compreende um método para identificação de ácidos ribonucleicos ou péptidos biologicamente activos ou para isolamento de ligandos celulares para os ácidos ribonucleicos ou péptidos biologicamente activos, o qual compreende os passos de:Accordingly, the method of the invention comprises a method for identifying biologically active ribonucleic acids or peptides or for isolation of cellular ligands for biologically active ribonucleic acids or peptides, which comprises the steps of:
85 559 ΕΡ Ο 832 207/ΡΤ 4 (a) produção de um banco de vectores apropriados contendo cada um uma sequência de ADN a ser examinada, (b) transdução eficiente dos referidos vectores em várias células eucarióticas idênticas de tal forma que cada célula expresse um único ácido ribonucleico e possivelmente um péptido codificado pela sequência de ADN a ser examinada ou um número limitado de diferentes ácidos ribonucleicos e péptidos codificados pelas sequências de ADN a serem examinadas, (c) pesquisa das referidas células transduzidas para ver se algumas delas alteraram uma determinada característica fenotípica; e (d) selecção e clonagem das referidas células alteradas, caracterizado por o banco de vectores apropriados no passo (a) conter sequências de ADN total ou parcialmente aleatórias seleccionadas a partir do grupo que consiste em: i) sequências de ADN aleatórias sintéticas obteníveis através de síntese convencional aleatória de oligonucleótidos; ii) sequências de ADN aleatórias sintéticas em que os codões de terminação estão ausentes e as quais codificam sequências de aminoácidos aleatórias com uma distribuição equilibrada de aminoácidos; iii) sequências de ADN sintéticas definidas em (i) ou (ii) incluindo codões que permitem modificações após tradução específicas de todos os péptidos expressos ou que codificam resíduos âncora; iv) sequências de ADN sintéticas definidas em (i), (ii) ou (iii) fundidas com, ou tendo nelas inseridas, sequências de codificação para marcadores de purificação que facilitam a purificação e identificação dos péptidos expressos; e v) sequências de ADN sintéticas definidas em (i), (ii), (iii) ou (iv) inseridas em, ou fundidas com, a sequência de codificação de uma proteína;(A) producing a bank of suitable vectors each containing a DNA sequence to be examined, (b) efficiently transducing said vectors into several identical eukaryotic cells in such a way that each cell expresses a single ribonucleic acid and possibly a peptide encoded by the DNA sequence to be examined or a limited number of different ribonucleic acids and peptides encoded by the DNA sequences to be examined, (c) screening said transduced cells to see if any of them have altered one a certain phenotypic characteristic; and (d) selecting and cloning said altered cells, wherein the appropriate vector library in step (a) contains either fully or partially random DNA sequences selected from the group consisting of: (i) synthetic random DNA sequences obtainable through of conventional random oligonucleotide synthesis; ii) synthetic random DNA sequences in which the stop codons are absent and which encode random amino acid sequences with a balanced distribution of amino acids; iii) synthetic DNA sequences defined in (i) or (ii) including codons that allow for specific post-translational modifications of all peptides expressed or encoding anchor residues; iv) synthetic DNA sequences defined in (i), (ii) or (iii) fused with, or having inserted, coding sequences for purification markers that facilitate purification and identification of expressed peptides; and v) synthetic DNA sequences defined in (i), (ii), (iii) or (iv) inserted into or fused with the coding sequence of a protein;
85 559 ΕΡ Ο 832 207/ΡΤ e em que (e) o ADN vector nas células fenotipicamente alteradas é isolado e sequenciado, e as sequências dos ácidos ribonucleicos ou péptidos biologicamente activos são deduzidas a partir do ADN vector sequenciado; e/ou (f) os ácidos ribonucleicos ou péptidos biologicamente activos expressos nas células fenotipicamente alteradas são utilizados directamente para isolamento de uma molécula de ligando para os referidos ácidos ribonucleicos ou péptidos.And wherein (e) the vector DNA in the phenotypically altered cells is isolated and sequenced, and the sequences of the biologically active ribonucleic acids or peptides are deduced from the sequenced vector DNA; and / or (f) ribonucleic acids or biologically active peptides expressed on phenotypically altered cells are used directly for isolation of a ligand molecule for said ribonucleic acids or peptides.
BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO A Figura 1 é um desenho esquemático de um vector de expressão de um péptido retroviral padrão. A forma plasmídica do vector (em cima) possui um promotor de citomegalovírus (CMV) que dirige a expressão de um ARN retroviral (ao centro) com uma estrutura (R, U5, PBS, ψ, PPT, U3 e R) do vírus da leucemia de murídeo Akv e uma cassete de tradução peptídica seguida por um local de entrada ribossómico interno (IRES) do vírus EMC que dirige a tradução de um gene de resistência à Neomicina (Neo). O provírus vector na célula alvo (em baixo) contém uma repetição terminal longa retroviral regenerada - LTR (U3, R, e U5). A sequência do promotor de CMV proporciona um marcador único para uma mutagénese e amplificação por PCR inicial eficiente. 0 tamanho do vector sem uma cassete de expressão peptídica inserida é de 4,0 kb.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING Figure 1 is a schematic drawing of an expression vector of a standard retroviral peptide. The plasmid form of the vector (above) has a cytomegalovirus (CMV) promoter which directs expression of a retroviral RNA (at the center) with a structure (R, U5, PBS, ψ, PPT, U3 and R) of the Akv murine leukemia and a peptide translation cassette followed by an internal ribosomal entry site (IRES) of the EMC virus that directs the translation of a Neomycin (Neo) resistance gene. The vector provirus in the target cell (below) contains a regenerated retroviral long terminal repeat - LTR (U3, R, and U5). The CMV promoter sequence provides a unique marker for efficient initial PCR amplification and mutagenesis. The vector size without an inserted peptide expression cassette is 4.0 kb.
DESCRIÇÃO DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDASDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Um requisito intrínseco de todas as técnicas de bibliotecas peptídicas actualmente conhecidas é a necessidade de um conhecimento detalhado acerca dos mecanismos através dos quais um dado receptor ou enzima regula uma determinada característica fenotípica da célula. Este receptor ou enzima tem para além disso de estar disponível numa forma relativamente pura antes que um ligando possa ser seleccionado em qualquer um dos dois tipos de bibliotecas peptídicas. Quando potenciais ligandos peptídicos são eventuaimente identificados, têm de ser efectuados ensaios funcionais para se determinar se os 85 559 ΕΡ Ο 832 207/ΡΤ 6An intrinsic requirement of all currently known peptide library techniques is the need for detailed knowledge about the mechanisms by which a given receptor or enzyme regulates a particular phenotypic characteristic of the cell. This receptor or enzyme must furthermore be available in a relatively pure form before a ligand can be selected in any of the two types of peptide libraries. Where potential peptidic ligands are identified, functional tests have to be carried out to determine whether the
ligandos exercem efeitos antagonistas ou agonistas na característica fenotípica celular desejada. O método de acordo com o presente invento supera este grande problema. Através do presente método não é assim necessário conhecer a cadeia de mecanismos, receptores, vias de sinalização, enzimas, etc. que geram o fenómeno dentro ou à superfície da célula uma vez que é o efeito biológico ou característica fenotípica resultante que se pesquisa. Isto é alcançado através dos seguintes passos: (a) produção de um banco de vectores apropriados contendo cada um sequências de ADN total ou parcialmente aleatórias, (b) transdução eficiente dos referidos vectores em várias células eucarióticas idênticas, p. ex. de mamífero, de tal forma que apenas seja expressa uma única espécie de ácido ribonucleico e péptido ("uma célula - um ácido ribonucleico ou péptido") ou opcionalmente seja expresso um número limitado de diferentes ácidos ribonucleicos e péptidos aleatórios por cada célula, (c) pesquisa das referidas células transduzidas para ver se algumas destas alteraram uma determinada característica fenotípica, (d) selecção e clonagem das referidas células alteradas, (e) isolamento e sequenciação do ADN vector nas referidas células fenotipicamente alteradas, e (f) dedução das sequências de ARN e peptídicas a partir da sequência de ADN. O ARN ou o péptido codificado pelas sequências de ADN isoladas pode ser a causa das referidas alterações fenotípicas da célula e pode portanto possuir actividade biológica.ligands exerts antagonistic or agonist effects on the desired cellular phenotypic characteristic. The method according to the present invention overcomes this major problem. By the present method it is thus not necessary to know the chain of mechanisms, receptors, signaling pathways, enzymes, etc. which generate the phenomenon inside or on the surface of the cell since it is the resultant biological effect or phenotypic characteristic that is being researched. This is achieved by the following steps: (a) producing a bank of appropriate vectors each containing fully or partially random DNA sequences, (b) efficiently transducing said vectors into several identical eukaryotic cells, e.g. ex. such that only a single species of ribonucleic acid and peptide (" a cell - a ribonucleic acid or peptide ") is expressed, or optionally a limited number of different ribonucleic acids and random peptides are expressed per cell, (d) selecting and cloning said altered cells, (e) isolating and sequencing the vector DNA in said phenotypically altered cells, and (f) RNA and peptide sequences from the DNA sequence. The RNA or peptide encoded by the isolated DNA sequences may be the cause of said phenotypic changes of the cell and may therefore have biological activity.
Os péptidos introduzidos são expressos p. ex. no citoplasma de células biologicamente interessantes, as quais antes disso eram totalmente idênticas, utilizando p. ex. os sistemas de vectores retrovirais descritos no Exemplo 1. Estes são expressos a partir de um banco de vectores contendo sequências de ADN aleatórias que foram construídas p. ex. tal como descrito no Exemplo 1. Utilizando uma razão apropriada entre retrovírus infecciosos e células não infectadas apenas uma única cópia de ADN derivado do banco de vectores retrovirais é introduzida em cada célula. A principal vantagem deste conceito de "uma célula - um ácido ribonucleico ou péptido" é a de que as células que sofrem alteração fenotípica após a introdução de péptidos podem ser isoladas através de métodos de clonagem e selecção, e que o péptido activo que causa a alteração fenotípica pode ser subsequentemente identificado. Isto é alcançado isolando o fragmento de ADN que codifica o péptido, p. ex. através de tecnologia de Reacção em Cadeia com Polimerase (PCR), e subsequentementeThe introduced peptides are expressed e.g. ex. in the cytoplasm of biologically interesting cells, which before that were totally identical, using p. ex. the retroviral vector systems described in Example 1. These are expressed from a pool of vectors containing random DNA sequences that were constructed e.g. ex. as described in Example 1. Using a suitable ratio between infectious retroviruses and uninfected cells only a single copy of DNA derived from the pool of retroviral vectors is introduced into each cell. The main advantage of this concept of " a cell - a ribonucleic acid or peptide " is that cells undergoing phenotypic alteration upon introduction of peptides can be isolated by cloning and selection methods, and that the active peptide which causes the phenotypic alteration can be subsequently identified. This is achieved by isolating the DNA fragment encoding the peptide, e.g. ex. through Polymerase Chain Reaction (PCR) technology, and subsequently
85 559 ΕΡ Ο 832 207/ΡΤ 7 identificando a sequência de ADN.85 559 ΕΡ Ο 832 207 / ΡΤ 7 identifying the DNA sequence.
Durante o procedimento de pesquisa inicial um maior número de vectores retrovirais pode ser introduzido em cada célula o que permite que cada uma das células expresse vários ácidos ribonucleicos ou péptidos diferentes. Quando um clone de células alteradas fenotipicamente é subsequentemente isolado todos os ADN retrovirais nesse clone específico podem ser isolados por PCR e o produto da PCR pode ser utilizado para nova transfecção de células de empacotamento normalmente utilizadas para produção de vírus. Os vectores retrovirais isolados a partir destas células de empacotamento podem ser subsequentemente utilizados para transdução de novas células biologicamente interessantes utilizando o conceito "uma célula - um ácido ribonucleico ou péptido". Finalmente, após um segundo procedimento de clonagem a substância activa pode ser identificada tal como descrito acima. Além disso, o ácido ribonucleico, o péptido ou a proteína, biologicamente activos, isolados por este método podem ser utilizados como um composto indiciador para o desenvolvimento de fármacos ou como um ligando de afinidade com o objectivo de isolamento e identificação do alvo proteico responsável pela actividade biológica. Tais proteínas alvo são ferramentas muito úteis no desenvolvimento de fármacos. A utilização de vectores pequenos (abaixo de 3 kb de ADN) tem a principal vantagem de permitir mutagénese e amplificação por PCR simples sem os passos de ligação e clonagem. Outra vantagem importante da utilização de vectores pequenos é a de que os vectores num banco de células alvo podem ser amplificados directamente por PCR e novamente transfectados em células de empacotamento, permitindo deste modo múltiplos ciclos de selecção para eliminar a análise demorada de falsos positivos ou células contaminantes. A análise directa das sequências dos clones plasmídicos aleatórios derivados é utilizada para assegurar a aleatoriedade da biblioteca de expressão. O vector padrão capaz de expressar a biblioteca peptídica aleatória é mostrado esquematicamente na Fig. 1.During the initial screening procedure a larger number of retroviral vectors can be introduced into each cell which allows each of the cells to express several different ribonucleic acids or peptides. When a phenotypically altered cell clone is subsequently isolated all retroviral DNAs in that specific clone can be isolated by PCR and the PCR product can be used for retransfection of packaging cells normally used for virus production. Retroviral vectors isolated from these packaging cells may subsequently be used for the transduction of novel biologically interesting cells using the concept " a cell - a ribonucleic acid or peptide ". Finally, after a second cloning procedure the active substance can be identified as described above. In addition, the biologically active ribonucleic acid, peptide or protein isolated by this method can be used as a drug development indicator compound or as an affinity ligand for the purpose of isolating and identifying the protein target responsible for the biological activity. Such target proteins are very useful tools in drug development. The use of small vectors (below 3 kb of DNA) has the major advantage of allowing mutagenesis and simple PCR amplification without the steps of binding and cloning. Another important advantage of using small vectors is that vectors in a target cell bank can be directly amplified by PCR and further transfected into packaging cells, thereby allowing multiple rounds of selection to eliminate delayed false positive or cell analysis contaminants. Direct analysis of the sequences of the derived random plasmid clones is used to ensure randomness of the expression library. The standard vector capable of expressing the random peptide library is shown schematically in Fig.
As células que se verificou terem-se alterado fenotipicamente após a introdução das sequências de ADN aleatórias podiam alternativamente ter-se alterado como consequência de interacções com a molécula de ácido ribonucleico transcrita a partir do ADN introduzido, em analogia com as bibliotecas descritas que consistem em ribonucleótidos ou 8 85 559 ΕΡ Ο 832 207/ΡΤ desoxirribonucleótidos aleatórios, as chamadas bibliotecas de aptâmeros. Tais moléculas de ácido ribonucleótido possuiriam também portanto actividade biológica. Para além disso, o efeito observado podia também dever-se à actividade biológica de porções hidrato de carbono, ou outras modificações pós-tradução, nos péptidos expressos na célula. Utilizando um marcador de purificação adequado nos péptidos da biblioteca, seria possível nesse caso purificá-los e analisar a estrutura química exacta das modificações pós-tradução em questão.The cells found to have been phenotypically altered after the introduction of the random DNA sequences could alternatively have been altered as a consequence of interactions with the ribonucleic acid molecule transcribed from the introduced DNA, in analogy with the disclosed libraries consisting of ribonucleotides or random polymorphonucleotides, the so-called aptamers libraries. Such ribonucleotide acid molecules would therefore also have biological activity. In addition, the observed effect could also be due to the biological activity of carbohydrate moieties, or other post-translational modifications, in the peptides expressed in the cell. Using a suitable purification label in the library peptides, it would be possible in this case to purify them and to analyze the exact chemical structure of the post-translational modifications in question.
Uma vez que a eficiência dos métodos não virais normalmente utilizados para transferência estável de genes para células de mamífero é muito baixa, não seria possível estabelecer uma biblioteca peptídica de expressão em células de mamífero através de tais métodos. Adicionalmente os métodos não virais conduzem geralmente a integrações múltiplas de ADN no genoma celular em desacordo com o conceito "uma célula - um ácido ribonucleico ou péptido". Para se alcançar a necessária transferência de alta eficiência de uma única cópia de um gene tem de ser utilizado um vector virai. Muito recentemente foram descritas bibliotecas de expressão de ADNc as quais foram construídas utilizando vectores retrovirais. De tais bibliotecas foram isoladas citóquinas e factores de crescimento celulares (A.J.M. Murphy et a!., Proc. NatL Acad. Sei. USA, 84: 8277-8281, 1987, B.Y. Wong et ai., J. Viro/., 68: 5523-31, 1994, J.R. Rayner et ai., Moi. Cell BioL, 14: 880-887, 1994). A expressão de péptidos bem definidos em células eucarióticas transfectadas foi também anteriormente estabelecida, embora não utilizando vectores retrovirais (M.S. Malnati et al., Nature, 357: 702-704, 1992, E.O. Long et a!., J. Immunol., 153: 1487-1494, 1994). Nunca foi expressa uma biblioteca de péptidos aleatórios em células de mamífero com o objectivo de identificar péptidos ou ácidos ribonucleicos biologicamente activos. A imunologia é um campo biológico importante onde o método de acordo com o invento pode ser utilizado. As células T reconhecem apenas fragmentos de antigénios proteicos e apenas se estes se encontrarem ligados a moléculas de MHC. Dois tipos de moléculas de MHC - as moléculas de classe I e II -apresentam fragmentos de antigénios às células T. Os péptidos apresentados pelas moléculas de MHC de classe I, as quais estão na superfície de essencialmente todas as células nucleadas, têm 8-9 aminoácidos de comprimento e são geralmente derivados de proteínas do citosol da célula.Since the efficiency of the non-viral methods normally used for stable gene transfer to mammalian cells is very low, it would not be possible to establish a peptide library of expression in mammalian cells by such methods. Additionally non-viral methods generally lead to multiple DNA integrations in the cellular genome in disagreement with the concept " a cell - a ribonucleic acid or peptide ". To achieve the required high efficiency transfer of a single copy of a gene a viral vector must be used. Recently, cDNA expression libraries have been described which were constructed using retroviral vectors. From such libraries were isolated cytokines and cell growth factors (AJM Murphy et al., Proc Natl Acad Sci USA, 84: 8277-8281, 1987, BY Wong et al., J. Viro., 68: 5523-31, 1994, JR Rayner et al., Moi. Cell BioL, 14: 880-887, 1994). Expression of well-defined peptides in transfected eukaryotic cells was also previously established, although not using retroviral vectors (MS Malnati et al., Nature, 357: 702-704, 1992, EO Long et al., J. Immunol., 153 : 1487-1494, 1994). A random peptide library has never been expressed in mammalian cells for the purpose of identifying biologically active peptides or ribonucleic acids. Immunology is an important biological field where the method according to the invention can be used. T cells recognize only fragments of protein antigens and only if they are bound to MHC molecules. Two types of MHC molecules - the class I and II molecules - display antigen fragments to T cells. The peptides presented by MHC class I molecules, which are on the surface of essentially all nucleated cells, are 8-9 amino acids in length and are generally derived from cell cytosol proteins.
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Estes podem ser auto-proteínas, proteínas virais, péptidos introduzidos no citosol por transfecção ou antigénios tumorais. É de considerável interesse ser-se capaz de identificar tais péptidos ou epítopos de células T, p. ex. em relação ao desenvolvimento de vacinas ou em imunoterapia de cancro. A identificação de tais fragmentos é, no entanto, uma tarefa muito difícil, exigente e por vezes impossível que requer grandes quantidades de moléculas de MHC purificadas por afinidade derivadas da célula tumoral em questão e combinações iterativas de espectroscopia de massa avançada, HPLC e ensaios funcionais de células T. Para além disso, a maioria dos antigénios peptídicos não podem ser identificados devido à presença de quantidades muito reduzidas de cada um dos péptidos nas moléculas de MHC. No Exemplo 2 é demonstrado que o método de acordo com o presente invento pode ser utilizado para identificação dos referidos epítopos de células T.These may be auto-proteins, viral proteins, peptides introduced into the cytosol by transfection or tumor antigens. It is of considerable interest to be able to identify such T cell peptides or epitopes, e.g. ex. in relation to the development of vaccines or in cancer immunotherapy. Identification of such fragments is, however, a very difficult, demanding and sometimes impossible task requiring large amounts of affinity purified MHC molecules derived from the tumor cell in question and iterative combinations of advanced mass spectroscopy, HPLC, and functional assays of T cells. In addition, most peptidic antigens can not be identified because of the presence of very small amounts of each of the peptides in the MHC molecules. In Example 2 it is demonstrated that the method according to the present invention can be used for identification of said T-cell epitopes.
Linhas celulares que expressem moléculas de superfície biologicamente importantes podem também ser transduzidas com uma biblioteca peptídica aleatória de acordo com o invento. Um exemplo de tais moléculas podia ser a molécula co-estimuladora B7, que se sabe ser importante para a activação das células T, ou a família de proteínas da selectina que se sabe estarem envolvidas no encaminhamento de células inflamatórias para tecido inflamado. As células que mudam de fenótipo (p. ex. que regulam positiva ou negativamente B7) podem ser seleccionadas e clonadas tal como descrito no Exemplo 3. Após o isolamento do ADN transduzido por PCR podem ser transduzidas novas células com o ADN isolado para confirmar a observação. Subsequentemente, a sequência peptídica pode ser deduzida a partir da sequência de ADN.Cell lines expressing biologically important surface molecules may also be transduced with a random peptide library according to the invention. An example of such molecules could be the costimulatory molecule B7, which is known to be important for the activation of T cells, or the family of selectin proteins known to be involved in the routing of inflammatory cells to inflamed tissue. Phenotype-shifting cells (e.g., Which regulate B7 positively or negatively) can be selected and cloned as described in Example 3. After isolation of the DNA transduced by PCR, new cells can be transduced with the DNA alone to confirm the Note. Subsequently, the peptide sequence can be deduced from the DNA sequence.
Foi descrito por outros que anticorpos monoclonais específicos ou fragmentos F(ab) podem ser expressos no citoplasma de um célula e aí exercer uma actividade biológica (T.M. Werge et a!., Febs Letters, 274: 193-198, 1990).It has been described by others that specific monoclonal antibodies or F (ab) fragments can be expressed in the cytoplasm of a cell and perform a biological activity there (T.M. Werge et al., Febs Letters, 274: 193-198, 1990).
De acordo com o presente invento a sequência peptídica total ou parcialmente aleatória pode também ser introduzida na região variável de um fragmento F(ab) de anticorpo. Portanto, uma biblioteca de fragmentos F(ab) contendo sequências peptídicas aleatórias pode ser expressa num clone celular de um modo que cada um de todos expresse uma única especificidade de anticorpo. Subsequentemente, células biologicamente alteradas são isoladas eAccording to the present invention the total or partially random peptide sequence may also be introduced into the variable region of an antibody F (ab) fragment. Therefore, a library of F (ab) fragments containing random peptide sequences may be expressed in a cell clone in a way that each of them expresses a single antibody specificity. Subsequently, biologically altered cells are isolated and
85 559 ΕΡ Ο 832 207/ΡΤ 10 clonadas, e ο fragmento F(ab) intracelular identificado pode ser utilizado para purificação da proteína alvo envolvida nas proteínas biológicas. Tal proteína alvo pode subsequentemente ser utilizada para desenvolvimento de fármacos capazes de modificar as referidas proteínas alvo. O invento é ilustrado através dos seguintes exemplos: EXEMPLO 1And the intracellular F (ab) fragment identified can be used for purification of the target protein involved in the biological proteins. Such a target protein may subsequently be used for the development of drugs capable of modifying said target proteins. The invention is illustrated by the following examples: EXAMPLE 1
Construção de uma biblioteca peptídica eucariótica intracelular É construído um vector retroviral capaz de expressar sequências peptídicas aleatórias. Se as sequências de ADN aleatórias utilizadas no vector fossem produzidas utilizando síntese aleatória convencional de oligonucleótidos seria inevitavelmente introduzido um grande número de codões de terminação. Para além disso, devido à degenerescência do código genético o resultado seria uma distribuição desequilibrada dos aminoácidos codificados. Evitamos isto através da produção de sequências de ADN aleatórias por síntese aleatória de codões: Uma quantidade apropriada de resina utilizada para síntese de oligonucleótidos em fase sólida (opcionalmente contendo já uma sequência de ADN correspondente a um local apropriado de clonagem do vector) é dividida em 20 porções diferentes. Na porção n° 1 é efectuada uma síntese química em fase sólida convencional de três bases correspondentes a um codão que codifique o aminoácido alanina. Na porção n° 2 é sintetizado um codão codificando cisteína e por aí adiante. Quando cada uma das 20 porções foi acoplada com os codões correspondentes a cada um dos aminoácidos naturais, todas as porções são misturadas e divididas novamente em 20 porções de resina de tamanho igual. A síntese de codões é então novamente repetida e todo o procedimento é repetido até a sequência de ADN aleatória desejada ter sido sintetizada - p. ex. correspondendo a 6-10 aminoácidos aleatórios. Isto pode também ser alcançado utilizando fosforamiditos de trinucleótidos bloqueados e protegidos codificando os 20 aminoácidos naturais numa síntese aleatória total de oligonucleótidos (J. Sondek et ai., Proc. NatL Acad. Sei. USA, 89: 3581-5, 1992). Finalmente, podem ser sintetizados outros locais apropriados de clonagem do vector em todos os oligonucleótidos antes de estes serem eventualmente clivados da resina.Construction of an intracellular eukaryotic peptide library A retroviral vector capable of expressing random peptide sequences is constructed. If the random DNA sequences used in the vector were produced using conventional random oligonucleotide synthesis a large number of termination codons would inevitably be introduced. Furthermore, due to the degeneracy of the genetic code the result would be an unbalanced distribution of the encoded amino acids. We avoid this by producing random DNA sequences by random codon synthesis: An appropriate amount of resin used for solid phase oligonucleotide synthesis (optionally already containing a DNA sequence corresponding to an appropriate vector cloning site) is divided into 20 different portions. In part 1 a conventional solid phase chemical synthesis of three bases corresponding to a codon encoding the amino acid alanine is carried out. In portion 2 a codon encoding cysteine is synthesized and so on. When each of the 20 moieties was coupled with the codons corresponding to each of the natural amino acids, all portions are mixed and re-divided into 20 equal-sized resin portions. The codon synthesis is then repeated again and the entire procedure is repeated until the desired random DNA sequence has been synthesized - p. ex. corresponding to 6-10 random amino acids. This can also be achieved by using blocked and protected trinucleotide phosphoramidites encoding the natural 20 amino acids in a random total oligonucleotide synthesis (J. Sondek et al., Proc Natl Acad Sci USA 89: 3581-5, 1992). Finally, other suitable cloning sites of the vector may be synthesized in all oligonucleotides before they are eventually cleaved from the resin.
85 559 ΕΡ Ο 832 207/ΡΤ 11 Ο banco de oligonucleótidos sintéticos aleatórios pode ser utilizado para gerar um banco de vectores com sequências aleatórias em posições apropriadas ou por clivagem de restrição e ligação ou, de preferência, para evitar passos de ligação ineficientes, por mutagénese por PCR. Os procedimentos seguem os princípios da mutagénese mediada por PCR dirigida ao local (S. Perrin et a!., Nucl. Acids Res. 18: 7433-38, 1990), mas a metodologia foi adaptada para distribuir uma mistura complexa de produtos. Resumidamente, osA random synthetic oligonucleotide library can be used to generate a library of vectors with random sequences at appropriate positions either by restriction cleavage and binding, or preferably to avoid inefficient binding steps, by PCR mutagenesis. The procedures follow the principles of site-directed PCR mediated mutagenesis (S. Perrin et al., Nucl Acids Res. 18: 7433-38, 1990), but the methodology was adapted to deliver a complex mixture of products. In brief, the
oligonucleótidos aleatórios que possuem sequências do vector que flanqueiam a sequência aleatória são utilizados como iniciadores numa reacção PCR juntamente com um único iniciador terminai do vector. Para manter a complexidade são utilizadas grandes quantidades do molde bem como do vector e de iniciadores aleatórios, e a diversidade do produto é ainda assegurada reunindo múltiplas reacções de PCR independentes. Subsequentemente, é produzido um fragmento de PCR sobreponível contendo o restante segmento do vector por PCR padrão. Finalmente, este segmento sobreponível é ligado aos fragmentos de PCR contendo o ADN aleatório utilizando outro conjunto único de iniciadores terminais.random oligonucleotides having vector sequences flanking the random sequence are used as primers in a PCR reaction together with a single vector terminator primer. To maintain complexity, large amounts of template as well as vector and random primers are used, and product diversity is further ensured by assembling multiple independent PCR reactions. Subsequently, an overlapping PCR fragment containing the remaining segment of the vector is produced by standard PCR. Finally, this overlapping segment is ligated to the PCR fragments containing the random DNA using another unique set of terminal primers.
Os fragmentos de ADN produzidos pela enzima ADN-polimerase Taq podem conter nucleótidos adicionais na cadeia 3' do ADN. Estes nucleótidos extra serão deletérios para a combinação de dois produtos de PCR com terminais sobreponíveis num fragmento. Através da adição da enzima ADN-polimerase de Klenow estes nucleótidos podem ser removidos pela actividade de exonuclease 3' -> 5' da referida enzima, aumentando a eficiência de combinação.The DNA fragments produced by the Taq DNA polymerase enzyme may contain additional nucleotides in the 3 'DNA strand. These extra nucleotides will be deleterious to the combination of two overlapping terminal PCR products on one fragment. By addition of the Klenow DNA polymerase enzyme these nucleotides can be removed by the 3 'exonuclease activity -> 5 'of said enzyme, increasing the combining efficiency.
Alternativamente o produto de PCR pode ser cortado nos terminais por digestão com enzimas de restrição cujas sequências de reconhecimento foram incorporadas nos oligonucleótidos utilizados como iniciadores para a reacção de PCR. Através da utilização do método de ciclo de temperaturas desenvolvido por (Lund et a!., Nucl. Acids Res., 24: 800-801, 1996) a eficiência da reacção de ligação pode ser aumentada e o produto da ligação utilizado para transfecção directa das células de empacotamento.Alternatively the PCR product may be cleaved at the termini by restriction enzyme digestion whose recognition sequences were incorporated into the oligonucleotides used as primers for the PCR reaction. By using the temperature cycle method developed by (Lund et al., Nucl Acids Res., 24: 800-801, 1996) the efficiency of the binding reaction can be increased and the product of the linkage used for direct transfection of the packaging cells.
Para manter a diversidade, o ADN vector linear gerado por PCR é utilizado directamente para transfecção de células de empacotamento, è os viriões que contêm o banco de diferentes vectores são colhidos sob condições transientes. 12 85 559 ΕΡ Ο 832 207/ΡΤTo maintain diversity, the linear vector generated by PCR is used directly for transfection of packaging cells, and the virions containing the template of different vectors are harvested under transient conditions. 12 85 559 ΕΡ Ο 832 207 / ΡΤ
Pequenos vectores bicistrónicos de um único transcrito contendo uma cassete de tradução dos péptidos aleatórios seguida por um local de entrada ribossómica interno (IRES) do vírus EMC a dirigir a tradução de um gene de resistência à Neomicina (Neo). 0 gene Neo funciona como marcador de selecção para permitir a determinação do título e, se necessário, a eliminação de células não transduzidas. Outros vectores relevantes disponíveis empregam outros genes seleccionáveis tais como a resistência à fleomicina e à higromicina B e têm a cassete de tradução de péptidos após o elemento IRES. Alternativamente, podem também ser utilizados vectores ainda mais pequenos, possuindo apenas a cassete de expressão de péptidos e sem um marcador de selecção. A utilização de vectores pequenos (abaixo de 4 kb de ADN) tem a principal vantagem de permitir uma mutagénese e amplificação por PCR simples sem passos de ligação e clonagem. Outra vantagem importante da utilização de vectores pequenos é a de que os vectores num banco de células alvo podem ser amplificados directamente por PCR e novamente transfectados para células de empacotamento, permitindo deste modo múltiplos ciclos de selecção para eliminar uma análise demorada de falsos positivos ou de células contaminantes. A análise directa das sequências dos clones plasmídicos aleatórios derivados é utilizada para assegurar a aleatoriedade da biblioteca de expressão. 0 vector padrão capaz de expressar a biblioteca peptídica aleatória é mostrado esquematicamente na Fig. 1.Small bicistronic vectors from a single transcript containing a random peptide translation cassette followed by an internal ribosomal entry site (IRES) of the EMC virus to direct translation of a Neomycin (Neo) resistance gene. The Neo gene functions as a selection marker to allow determination of the titer and, if necessary, elimination of non-transduced cells. Other relevant vectors employ other selectable genes such as resistance to phleomycin and hygromycin B and have the peptide translation cassette after the IRES element. Alternatively, even smaller vectors, having only the peptide expression cassette and without a selection marker, may also be used. The use of small vectors (below 4 kb of DNA) has the major advantage of allowing simple PCR mutagenesis and amplification without binding and cloning steps. Another important advantage of using small vectors is that the vectors in a target cell bank can be amplified directly by PCR and again transfected into packaging cells, thereby allowing multiple rounds of selection to eliminate a delayed false positive or contaminating cells. Direct analysis of the sequences of the derived random plasmid clones is used to ensure randomness of the expression library. The standard vector capable of expressing the random peptide library is shown schematically in Fig.
Para manter a diversidade do banco de vectores, uma fracção elevada dos transcritos de ARN do vector tem de ser encapsidada em partículas retrovirais. Através de transfecção das células de empacotamento com uma construção de ADN expressando um ARNt coincidindo com o PBS correspondente no vector retroviral, podemos aumentar em 10 vezes a produção de vector funcional contendo partículas virais sob condições transientes.To maintain the diversity of the vector bank, a high fraction of the vector RNA transcripts must be encapsidated into retroviral particles. By transfecting the packaging cells with a DNA construct expressing a tRNA matched to the corresponding PBS in the retroviral vector, we can increase the production of functional vector containing viral particles under transient conditions by 10-fold.
Uma nova linha celular de empacotamento será gerada após uma única transfecção de uma construção codificando todas as proteínas retrovirais. Para diminuir o risco de criação de vírus competentes para replicação e para obter uma expressão máxima, o vector terá o seguinte esboço simplificado: promotor-transcrito gag-pol-IRES-gene de resistência à fleomicina-IRES-env-sinal de poliadenilação. Uma vantagem do referido vector é a de que o gene de 13 85 559 ΕΡ Ο 832 207/ΡΤ resistência à fleomicina permite uma selecção quanto a elevada expressão e que o tamanho após o corte do transcrito do vector restringe a encapsidação de partículas retrovirais diminuindo assim o risco de criação de vírus competentes para replicação. O limite de tamanho para encapsidação dos transcritos de ARN é de cerca de 10 kb.A new packaging cell line will be generated after a single transfection of a construct encoding all of the retroviral proteins. To reduce the risk of replication-competent virus creation and to obtain maximum expression, the vector will have the following simplified outline: promoter-transcribed gag-pol-IRES-phleomycin resistance gene-IRES-env-polyadenylation signal. One advantage of such a vector is that the 13,355,559 Ρ Ο 832 207 / gene resistance gene for phleomycin allows a selection for high expression and that the size after the cut of the vector transcript restricts the encapsidation of retroviral particles thereby decreasing the risk of virus creation competent for replication. The size limit for encapsidation of RNA transcripts is about 10 kb.
Para além da linha celular de empacotamento tradicional será utilizada uma linha celular de semi-empacotamento com um vector miniviral correspondente. A linha celular de semi-empacotamento consiste em vectores que codificam dois transcritos gag-pol mutados que se complementam um ao outro. A utilização de dois transcritos gag-pol diferentes reduz o risco de se criarem vírus de tipo selvagem. Cada célula na linha celular de semi-empacotamento contém agora todas as proteínas retrovirais necessárias para a produção de partículas retrovirais excepto as proteínas do envelope, proteínas essas que são fornecidas pelo vector miniviral. Este vector é um vector bicistrónico com o seguinte esboço: LTR-PBS-sinal de empacotamento-péptido aleatório-IRES-env-tracto de polipurina-LTR. Este vector será capaz de transduzir as células de semi-empacotamento uma vez que estas não produzem proteínas do envelope antes da infecção com o vector miniviral. Assim, a infecção da célula de semi-empacotamento não será restringida pela interferência do receptor.In addition to the traditional packaging cell line a semi-packaging cell line with a corresponding miniviral vector will be used. The semi-packaging cell line consists of vectors encoding two mutated gag-pol transcripts that complement one another. The use of two different gag-pol transcripts reduces the risk of creating wild-type viruses. Each cell in the semi-packaging cell line now contains all of the retroviral proteins required for the production of retroviral particles except the envelope proteins, which proteins are provided by the miniviral vector. This vector is a bicistronic vector with the following sketch: LTR-PBS-polypeptide-LTR random-packaging-peptide signal-IRES-env-tract. This vector will be able to transduce the semi-packaging cells since they do not produce envelope proteins prior to infection with the miniviral vector. Thus, the infection of the semi-packaging cell will not be restricted by receptor interference.
Podem ser introduzidas restrições sobre a "aleatoriedade" da sequência peptídica, com o objectivo de limitar o número de sequências disponíveis na biblioteca celular de mamífero e para a introdução de p. ex. locais de N-glicosilação, ou outras modificações pós-tradução de todos os péptidos expressos, se assim desejado. Marcadores de purificação - p. ex. poli-His ou outros - podem também ser incluídos nos péptidos expressos para facilitar a purificação e identificação do próprio péptido. Isto é necessário para a identificação de modificações pós-tradução, as quais não são óbvias a partir da sequência peptídica.Restrictions may be placed on " randomness " of the peptide sequence, in order to limit the number of sequences available in the mammalian cell library and for the introduction of p. ex. N-glycosylation sites, or other post-translational modifications of all expressed peptides, if so desired. Purification markers - p. ex. poly-His or others - may also be included in the expressed peptides to facilitate purification and identification of the peptide itself. This is necessary for the identification of post-translational modifications, which are not obvious from the peptide sequence.
Uma população de células eucarióticas é infectada com o retrovírus que possui construções genéticas contendo sequências de ADN aleatórias as quais codificam uma biblioteca de milhões de péptidos aleatórios. Inicialmente pode ser utilizado um número de vírus em excesso em comparação com as células eucarióticas. Isto conduz à expressão de vários péptidos diferentes em cada fA population of eukaryotic cells is infected with the retrovirus which possesses genetic constructs containing random DNA sequences which encode a library of millions of random peptides. Initially an excess number of viruses may be used in comparison with eukaryotic cells. This leads to the expression of several different peptides at each f
85 55985 559
EP 0 832 207/PT 14 célula eucariótica. Estas células podem subsequentemente ser pesquisadas tal como descrito abaixo e o ADN pode ser isolado p. ex. por PCR e utilizado para reinfecção de outras células. Se for escolhida uma razão apropriada entre o número de retrovírus contendo as sequências de ADN aleatórias e de células, cada célula será transduzida com uma sequência de ADN aleatória diferente ("uma célula - um ácido ribonucleico ou péptido"). Isto permite eventualmente a identificação de um péptido activo. 0 péptido pode opcionalmente ser direccionado para compartimentos diferentes na célula através da incorporação de sequências de sinal apropriadas nas sequências traduzidas. EXEMPLO 2The present invention relates to a eukaryotic cell. These cells may subsequently be screened as described below and the DNA may be isolated e.g. ex. by PCR and used for reinfection of other cells. If an appropriate ratio between the number of retroviruses containing the random and cell DNA sequences is chosen, each cell will be transduced with a different random DNA sequence (" a cell - a ribonucleic acid or peptide "). This optionally allows the identification of an active peptide. The peptide may optionally be targeted to different compartments in the cell by incorporating appropriate signal sequences into the translated sequences. EXAMPLE 2
Identificação de epítopos de células T através da utilização de bibliotecas de expressão intracelulares de mamífero A linha celular dependente de interleucina 2 (IL-2), CTLL-2, é transfectada com a molécula de classe I de Histocompatibilidade Principal (MHC), Kb, de murídeo. Subsequentemente esta linha celular é infectada com uma biblioteca peptídica de retrovírus que foi descrita no Exemplo 1. Esta biblioteca peptídica de CTLL-2 expressa uma grande variedade de péptidos aleatórios e, se apropriado, são introduzidos na sequência peptídica retroviral resíduos âncora associados a Kb que se sabe serem importantes para a ligação peptídica a Kb, sendo uma grande biblioteca de péptidos ligados a K° apresentada na superfície das células CTLL-2. São gerados hibridomas de células T restringidas com Kb contra um antigénio virai apropriado utilizando tecnologia imunológica celular convencional (Current Protocols in Immunology, Eds. Coligan et al., NIH). Tais hibridomas segregam IL-2 após o reconhecimento do antigénio. Um hibridoma de células T, que reconhece um epítopo virai de células T ligado a Kb desconhecido, é subsequentemente incubado com amostras da biblioteca de CTLL-2 Kb. Se o hibridoma reconhece um péptido, a célula CTLL-2 que apresenta o péptido será estimulada para proliferar pela IL-2 segregada pelo hibridoma. Deste modo a célula CTLL-2 que expressa o epítopo virai de células T desconhecido pode ser seleccionada e clonada. A sequência de ADN que codifica o epítopo peptídicoIdentification of T-cell epitopes through the use of mammalian intracellular expression libraries The interleukin-2 (IL-2) dependent cell line, CTLL-2, is transfected with the major Histocompatibility Class (MHC) class I molecule, Kb, of murine. Subsequently this cell line is infected with a peptide retrovirus library which was described in Example 1. This peptide library of CTLL-2 expresses a wide variety of random peptides and, if appropriate, retroviral peptide sequences associated with Kb are known to be important for Kb peptide binding, and a large library of K ° -linked peptides is shown on the surface of CTLL-2 cells. Kb restricted T-cell hybridomas are generated against an appropriate viral antigen using conventional cellular immunological technology (Current Protocols in Immunology, Eds. Coligan et al., NIH). Such hybridomas secrete IL-2 upon recognition of the antigen. A T-cell hybridoma, which recognizes an unknown Kb-linked T-cell viral epitope, is subsequently incubated with samples from the CTLL-2 Kb library. If the hybridoma recognizes a peptide, the CTLL-2 cell bearing the peptide will be stimulated to proliferate by the hybridoma secreted IL-2. In this way the CTLL-2 cell expressing the unknown T-cell viral epitope can be selected and cloned. The DNA sequence encoding the peptidic epitope
85 559 ΕΡ Ο 832 207/ΡΤ 15 em questão pode ser isolada a partir deste clone utilizando tecnologia de PCR seguida por sequenciação de ADN convencional. Isto conduz eventualmente à identificação do epítopo virai de células T desconhecido. EXEMPLO 385 559 ΕΡ Ο 832 207 / ΡΤ 15 can be isolated from this clone using PCR technology followed by conventional DNA sequencing. This eventually leads to the identification of the unknown T cell viral epitope. EXAMPLE 3
Identificação de péptidos ou ácidos ribonucleicos biologicamente activos que regulam a expressão de proteínas na superfície celular São infectadas células que expressam a molécula membranar imunorreguladora B7 com as bibliotecas peptídicas aleatórias construídas tal como descrito no Exemplo 1. Neste exemplo é introduzida uma biblioteca de péptidos oito-mero aleatórios.Identification of biologically active peptides or ribonucleic acids that regulate the expression of proteins on the cell surface B7 immunoregulatory membrane molecule expressing cells are infected with the random peptide libraries constructed as described in Example 1. In this example, a library of eight- mers.
Utilizando anticorpos monoclonais específicos, a expressão de B7 é analisada através de métodos convencionais. As células que regulam positiva ou negativamente B7 podem ser seleccionadas positivamente, p. ex. utilizando Separação Celular Activada por Fluorescência, ou negativamente, p. ex. utilizando anticorpos apropriados em combinação com lise pelo complemento.Using specific monoclonal antibodies, B7 expression is analyzed by conventional methods. Cells that regulate B7 positively or negatively can be selected positively, e.g. ex. using Fluorescence Activated Cell Separation, or negatively, e.g. ex. using appropriate antibodies in combination with complement lysis.
As células que mostram mudanças na expressão de B7 são clonadas através de meios convencionais e o ADN introduzido através de vectores retrovirais é isolado utilizando PCR e um conjunto de iniciadores retrovirais específicos. A sequência peptídica ou possivelmente o ARN correspondente ao referido ADN pode ser capaz de modificar a expressão de B7 e assim a activação de células T. Isto pode ser subsequentemente testado em ensaios de células T convencionais. EXEMPLO 4Cells showing changes in B7 expression are cloned by conventional means and DNA introduced through retroviral vectors is isolated using PCR and a set of specific retroviral primers. The peptide sequence or possibly the RNA corresponding to said DNA may be capable of modifying the expression of B7 and thus the activation of T cells. This can subsequently be tested in conventional T cell assays. EXAMPLE 4
Identificação de um fragmento F(ab) capaz de modificar a molécula imunorreguladora B7. É produzida uma biblioteca retroviral codificando os fragmentos génicos da cadeia pesada variável (VH) bem como da leve variável (VL) da molécula de imunoglobulina. A região génica de ambos os fragmentos génicos correspondente ao local de ligação ao antigénio dos fragmentos F(ab) 16 85 559 ΕΡ Ο 832 207/ΡΤ resultantes contém para além disso sequências génicas parcialmente aleatórias tal como descrito no Exemplo 1. Isto conduzirá a um grande número de sequências peptídicas diversas no local de ligação ao antigénio do fragmento F(ab). A biblioteca de vectores retrovirais codifica portanto um grande número de diferentes fragmentos F(ab) com diferentes especificações de ligação ao antigénio.Identification of an F (ab) fragment capable of modifying the B7 immunoregulatory molecule. A retroviral library is produced encoding the variable heavy chain (VH) gene fragments as well as the light variable (VL) gene of the immunoglobulin molecule. The gene region of both the gene fragments corresponding to the antigen binding site of the resulting F (ab) fragments also contains partially random gene sequences as described in Example 1. This will lead to a large number of peptide sequences at the antigen binding site of the F (ab) fragment. The retroviral vector library therefore encodes a large number of different F (ab) fragments with different antigen binding specifications.
Esta biblioteca é subsequentemente transduzida para um clone celular de tal modo que cada célula expresse uma única espécie de fragmento F(ab) p. ex. no citoplasma. As células fenotipicamente alteradas são subsequentemente clonadas e a sequência do péptido no fragmento F(ab) intracelular é identificada tal como descrito no Exemplo 1. Este anticorpo pode ser subsequentemente produzido em grande escala através de meios convencionais e ser utilizado para purificação de afinidade da proteína celular alvo responsável pela alteração biológica do fenótipo celular. Isto pode p. ex. ser feito a partir de lisados produzidos a partir do clone celular original não modificado.This library is subsequently transduced into a cell clone such that each cell expresses a single F (ab) p fragment species. ex. in the cytoplasm. Phenotypically altered cells are subsequently cloned and the peptide sequence on the intracellular F (ab) fragment is identified as described in Example 1. This antibody can be subsequently produced on a large scale by conventional means and used for purification of protein affinity target cell responsible for the biological alteration of the cellular phenotype. This may e.g. ex. be made from lysates produced from the original unmodified cell clone.
Alternativamente, a biblioteca de F(ab) retroviral pode ser construída utilizando p. ex. um marcador poli-His ou outros marcadores apropriados. Desse modo o anticorpo e o alvo correspondente podem ser isolados directamente a partir da célula fenotipicamente alterada através de cromatografia de afinidade. O alvo isolado pode subsequentemente ser identificado através p. ex. de sequenciação de aminoácidos do terminal N em combinação com metodologia de clonagem convencional. Tais proteínas alvo são alvos de fármacos muito importantes para a identificação de mais fármacos.Alternatively, the retroviral F (ab) library can be constructed using p. ex. a poly-His tag or other appropriate labels. In this way the antibody and the corresponding target can be isolated directly from the phenotypically altered cell by affinity chromatography. The isolated target can subsequently be identified through p. ex. N-terminal amino acid sequencing in combination with conventional cloning methodology. Such target proteins are drug targets very important for the identification of more drugs.
Lisboa, 13. DF7 2C-G0Lisbon, 13. DF7 2C-G0
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